Engineerguy - Jak fungují optické kabely?

Thumbnail play icon
94 %
Tvoje hodnocení
Počet hodnocení:203
Počet zobrazení:5 645

Optické kabely jsou páteří současného moderního světa. Jen díky nim dokážeme velice rychle komunikovat s druhou stranou planety. Ale jak toto úžasné dílo funguje? Bill Hammack nám to názorně vysvětlí....

Přepis titulků

Optické kabely Tahle věc je fascinující. Je to optický kabel ke stereu. Když posvítím laserem do kabelu, paprsek vyletí druhou stranou. Tyto kabely se v dnešním světě používají všude. Přenášejí informace mezi státy a přes oceány. Nejdřív vám ukážu, jak to funguje. Vzal jsem kýbl, vepředu vytvořil okénko a na druhé straně jsem vytvořil dírku se špuntem.

Toto je propylenglykol se zhušťovadlem. Mám tu držák a laserové ukazovátko. Dívejte se na zátku. Zhasnu tu. Tohle je nádherné. Světlo tekutinou prochází až dolů do kýble. Úžasné.

Děje se to díky totálnímu odrazu. Když světlo vstoupí do proudu, je odráženo, kdykoliv narazí na rozhraní tekutiny a vzduchu. Tady vidíte první odraz, tady druhý a tady třetí. Je to dáno rozdílným indexem lomu vodícího materiálu, zde propylenglykolu, a vnějšího vzduchu. Kdykoliv světlo narazí na povrch, může být pohlceno, odraženo nebo může projít. Tomu říkáme lom paprsku. Lépe je to vidět z řezu.

Odraz i lom mohou nastat zároveň. Ale pokud paprsek na povrch dopadne pod úhlem, který je větší než kritický, bude celý odražen. Když v tomto propylenglykolovém a vzdušném systému paprsek dopadne pod úhlem větším než 44.35°, měřeno k normále, nastane totální odraz a paprsek putuje po proudu. Aby tento efekt vznikl v optickém kabelu, inženýři vytvořili jádro ze skla, většinou z čistého oxidu křemičitého, a vnější vrstvu zvanou plášť, která je také většinou z oxidu křemičitého, ale která obsahuje příměs boru nebo germania, které sníží index lomu.

Jednoprocentní rozdíl stačí ke správnému fungování vlákna. Dlouhé tenké skleněné vlákno vzniká zahřátím takzvaného prefabrikátu, jehož vnitřek tvoří skleněné jádro a vnějšek plášť. Poté vlákno prohánějí soukolím rychlostí kolem 1 600 m/s. Tato zařízení jsou typicky několik pater vysoká. Tato výška umožní vláknu zchladnout předtím, než se namotá na válec.

Jedním z největších úspěchů byl první transatlantický optický kabel. TAT-8 začínal v Tuckertonu v New Jersey a pak po mořském dně překlenoval vzdálenost 5600 km a končil ve Widemouthu v Anglii a Penmarchu ve Francii. Inženýři vytvořili kabel tak, aby vydržel i na mořském dně. Ve středu leží jádro. V průměru má 2,6 mm a obsahuje 6 optických kabelů, které jsou obtočeny kolem ocelového drátu uprostřed.

Celé to obalili elastomerem, zpevnili dalšími ocelovými dráty a pak umístili do měděného válce, který je chrání před vodou. Výsledný kabel má v průměru jen 2 centimetry, ale dokáže zároveň přenášet 40 tisíc telefonních hovorů. Způsob posílání informací kabelem je snadný. Mohu používat domluvený signál, který se na druhé straně přijme. Třeba morseovku.

Budu paprsek zakrývat a na druhé straně uvidí záblesky a zjistí zprávu. K přenosu analogového signálu, například telefonního hovoru, inženýři používají pulzně kódovou modulaci. Vezmeme analogový signál, rozdělíme ho na menší úseky, a co nejlépe zprůměrujeme vlnovou délku, hlasitost a amplitudu. Chceme digitální signál, takže hlasitost nemůže nabývat jakékoliv hodnoty. Pokud používám 4 bity, mám 16 možností hlasitosti. Takže první 4 části signálu budou přiřazeny k hlasitosti 10, 12, 14 a 15.

Vezmeme každou část a převedeme ji na sérii 1 a 0. První hodnota 10 bude kódována jako 1010. Tohle uděláme pro každou oblast vlny. Takže místo zelené vlny nebo modrých sloupců získáme signál složený z 1 a 0 uspořádaných v čase. Tuto sekvenci pošleme skrz optický kabel. 1 je záblesk, 0 není nic. Metoda kódování je straně příjemce samozřejmě známa, takže její rozkódování je triviální záležitost.

Možná vás muže napadnout, jak může paprsek přeletět 5600 km. Nejde to bez pomoci, protože světlo uniká po stranách kabelu. Podívejme se na náš proud. Takto se v něm světlo utlumuje. V kýblu vidíte tenký paprsek, který je po vstupu do proudu tlustší, a po prvním odrazu je paprsek ještě tlustší. To proto, protože rozhraní se vzduchem je nerovné a proto paprsek dopadá v lehce jiných úhlech.

Když dojde k druhému odrazu, paprsek se rozchází ještě více. Když dojde k třetímu odrazu, mnoho paprsků už není v kritickém úhlu a unikají pryč. Zde se to vše stane na pár centimetrech, ale v optickém kabelu může paprsek cestovat 50 km, než musí být zesílen. To je úžasné. Jsem Bill Hammack, Engineerguy. Překlad: Mithril www.videacesky.cz

Komentáře (42)

Zrušit a napsat nový komentář

Odpovědět

Not amazing, just intuitive. :)

To že se koherentní paprsek světla odráží na hranici dvou různých látek s rozdílnými lomy světla a že se koherentní svaztek světla rozptyluje při nerovnostech, snad ví každý kdo odchodil průměrnou střední....

1037

Odpovědět

Takže střední, kde se neučí fyzika a tím pádem ani toto, je podle tebe podprůměrná? :)

214

Odpovědět

+GikyAno kreténe podprůměrný

834

Odpovědět

+GikyA nebo nadprumerna :) zalezi na uhlu pohledu

47

Odpovědět

+GikyFyzika se učí na snad každém normálním gymnáziu a lom světla se tam teda stoprocentně bere. Nevim teda kde jste studovali vy, ale dneska má maturitu snad každej člověk a tady děláte, jak kdyby jste to viděli poprvé v životě. ;)

57

Odpovědět

gratulujem, poznas slovo koherentnost... uz len zistit co znamena

83

Odpovědět

kamo neviem ako u vas ale ja si to z fyziky nepamatam :D

35

Odpovědět

+kvasha16Hmmm, je smutný, že lidi studujou školy a pak si z toho odnesou maximálně trojčlenku a tím proplujou životem...

44

Odpovědět

Prosím vás... Vy jste tvrdili, že reklamu před videem uvidím jednou. Ale já už ji vidím potřetí :D Jak je to možný?

74

Odpovědět

Zajímavý. Vědět, že každých padesát kilometrů je signál třeba zesílit, ale neříct, jak je toho docíleno při tisíci kilometrovém kabelu na dně oceánu, mi přijde trochu lajdácké. Když už to nakousl, mohl to taky objasnit.

1401

Odpovědět

pravdepodobne predpokladal, že ľudia pozerajúci video vedia násobiť.
50x20 = 1000.
Z toho vyplýva, že na tisíc kilometrov káblu potrebuješ 20 repeatrov. Na 10 tisíc km káblu potrebuješ 200 repeatrov.

426

Odpovědět

+hpsPtal se jak, ne kolikrát.

140

Odpovědět

Na to samozřejmě existují optické zesilovače, zjednodušeně fungují tak, že dopadající záření vyvolá emisi záření ze zesilovače, čímž dojde k zesílení celkového signálu.

161

Odpovědět

+SvářečStačí obyčejný přijímač, který už natolik rozptýlené světlo detekuje a následně vysílá opět koherentní svazek světla, který vydrží další úsek, dokud se opět nerozptýlí....

14

Odpovědět

+SvářečU optickeho kabelu se nepouživá zesilovač ale opakovač.

21

Odpovědět

+Svářečpoužívá se zesilovač i opakovač viz. google
jsou to 2 rozdílné zařízení

10

Odpovědět

https://www.youtube.com/watch?v=E-DY_RT4fJ4 ;) ale překlad si budeš muset zajistit sám :)

40

Odpovědět

Souhlasím měl to objasnit. Podle toho co já vím, tak v optickém kabelu pro oceán vedou i silové vodiče, které dokážou napájet opakovače.

30

Odpovědět

vie niekto povedať že ako to že vidíme zelené svetlo v kvapaline, keď nastáva úplný odraz, čiže žiadne svetlo by nemalo unikať do kamery? posmešných komentárov sa dúfam zbavíte :) nedokončil som ešte ani strednú takže tak

103

Odpovědět

Třeba proto, že je kapalina průhledná? Na tohle by ti základka měla stačit...

239

Odpovědět

+Mr.vhttp://televizia-internet.sk/wp-content/uploads/2013/10/554609_kabel-opticky-vlakno1.jpg všimni si ako žiaria odrezané konce. A vnútri v kábli nežiari nič lebo nevychádza odtiaľ svetlo (to by bol na hovno kábel keby sa tam svetlo odrážalo s veľkými stratami). A aj optický kábel je priehľadné prostredie. Aspoň podľa toho čo nám v rozprávali v škole, kľudne ti pošlem aj poznámky keď neveríš :D

21

Odpovědět

Nevím, ale myslím si, že se v okénku na druhé straně kýble rozostří paprsek. Taky je možné, že okénko nějakým způsobem tvoří čočku a rozostří paprsek tak, aby v jedné ose překročil ten úhel, o kterém ten chlápek ve videu mluvil. Každopádně dobrý postřeh, to mě vůbec nenapadlo.

41

Odpovědět

+Goshďakujem pekne :) vyzerá to aj dosť pravdepodobne

10

Odpovědět

+Goshešte ma aj napadlo že to môže mať niečo podobné s efektom keď normálne nevidno lúč lasera ale keď prostredie ''zamlžíme'' tak ho vidno. Takže sa lúč odráža od kvapiek vody alebo prachu aj smerom do oka. Každopádne sa opýtam na to v škole

80

Odpovědět

Tohle má dva důvody, které trochu zjednoduším.
1) Laserový paprsek se skládá z množství menších paprsků. A ne každý z těchto paprsků dopadá pod kritickým úhlem. Optický systém ve videu je hodně nedokonalý, protože jak je vidět, při lomu uniká dost paprsků. V optickém kabelu při každém lomu unikne třeba 0,00001 % paprsků, ale po desítkách tisíc odrazů je to už značný útlum oproti výchozí situaci.

2) Platí poučka, že každý bod, na který dopadá světlo, se samo stává zdrojem světla. Což znamená, že když na atom dopadne foton, uvolní se foton v náhodném směru. To můžete pozorovat například ve chvíli, když rozsvítíte, ale lehce vám to osvětlí i místo za rohem. Stejně tak to platí i v tom paprsku ve videu. Atomy v proudu se stávají zdrojem světla a vypopuští fotony i do stran, kde nedopadají pod kritickým úhlem. Proto paprsek můžeme vidět i z boku.

410

Odpovědět

+Mithrildiky, aspoň už nemusím behať za profesorom :D

70

Odpovědět

+MithrilS prvním bodem by se dalo souhlasit, ale druhý bod je vážně špatně. Takhle vysvětlený Huygensův princip jsem skutečně ještě neviděl, navíc je tam přimícháno trocha excitace a vůbec to není důvod proč je laser viditelný v prostředí i ze strany.

15

Odpovědět

+MithrilPrvní bod souhlasím, druhý bod mi přijde jako nesmysl. Když na atom dopadne záření a on vyzáří vlastní, tak to je fotoluminiscence. S tím tvým příkladem ozáření světla za rohem to nemá nic společného.

21

Odpovědět

+MithrilJaké je pak teda správné vysvětlení viditelnosti laseru i z boku (když ne, že se světlo odráží od prachu a nečistot v ovzduší)?

30

Odpovědět

+MithrilSprávné vysvětlení ale skutečně je to, že se odráží od nečistot.

10

Odpovědět

Samozřejmě je to způsobeno rozptylem na nečistotách, bublinkách atd. Pokud by se jednalo o dokonale homogenní prostředí tak bys paprsek skutečně viděl teprve po rozptylu na dně kyblíku.

40

Odpovědět

výborný video(konečně mu rozumím v celé délce) nedávno jsem ho posílal učiteli z
Komunikací, kdyby nám ho tenkrát pustil, tak věřím, že by nám to pomohlo :) teorie je fajn, ale v praxi jsem, jako čerstvě vystudovaný zaměstnanec, docela čuměl co to umí :)

30

Odpovědět

35 hundred miles = 5600 km, a ne 56 tisíc, jak je uváděno v titulcích.

101

Odpovědět

To je paradá, a ještě lepší je, když danému oboru rozumím a se vším souhlasím.

713

Odpovědět

Ty jsi ale šikulka. Zasloužíš si piškotek.

1213

Odpovědět

+Norbi_CZTy jsi ale pičus. Zasloužíš si hovno.

834

Odpovědět

To nové AVGN video, co jste sem dali je fakt super :) ...Vlastně není, protože jste sem už měsíce žádné nové nedali, ale bylo by to bezva :(

183

Odpovědět

Jedno je už připravené k vydání. :-)

100

Odpovědět

+Corwin8Tam je mu určitě dobře :D

11

Odpovědět

Video je super, ale maličká chyba v překladu. 4k v mílích není 56k v kilometrech.

100

Odpovědět

Díky za upozornění, opraveno

22

Odpovědět

Ještě jednou to tam zůstalo v 4:42.

30
Používáme cookies, abychom mohli provozovat tuto internetovou stránku a zlepšit Vaši uživatelskou spokojenost. Budete-li pokračovat beze změny nastavení, předpokládáme, že souhlasíte s ukládáním souborů cookies z internetových stránek. Více informací o použití cookies.
OK